JP4738621B2 - Pulse detector - Google Patents

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JP4738621B2
JP4738621B2 JP2001110372A JP2001110372A JP4738621B2 JP 4738621 B2 JP4738621 B2 JP 4738621B2 JP 2001110372 A JP2001110372 A JP 2001110372A JP 2001110372 A JP2001110372 A JP 2001110372A JP 4738621 B2 JP4738621 B2 JP 4738621B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を利用した脈検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
生体の脈には、病気の診断において重要な情報が含まれており、近年、病院等の医療施設において、患者の腕に携帯型脈検出装置を装着させて、この携帯型脈検出装置から送信された患者の脈検出データを病院側で受信し、患者の状態を把握するシステムが検討されている。圧電素子は、脈検出装置の小型化・軽量化に有効であり、上述したシステムに適用することもふまえ、圧電素子を使用した脈検出装置の開発が進められている。
【0003】
図11に、従来における圧電素子を使用した脈検出装置100を示す。図11に示すように、脈検出装置100は、2つの圧電素子110,120を樹脂130(またはゲル)の中に埋め込み固定したものである。ここで、各圧電素子110,120の厚み方向の両面には、金属性の電極が形成される(図示省略)。また、圧電素子110の両電極には、駆動電圧印加用のプローブ(端子、引き出し線等)が接続され、圧電素子120の上下電極には、電圧信号出力用のプローブ(図示省略)が接続される。
【0004】
そして、病院の診察時に、この脈検出装置100を使用して、患者の脈を検出している。詳細には、圧電素子110の両電極に駆動用の電圧を印加すると、圧電素子110は励振して超音波を発生し、該超音波は樹脂130を介して生体内に送信される。生体内に送信された超音波は、生体の血流によって反射し、この反射した超音波は、樹脂130を介して圧電素子120によって受信される。
【0005】
この時、圧電素子110が送信した超音波と、圧電素子120が受信した超音波には、血流のドップラ効果によって周波数変化が生じる。また、血流の速度は、脈と同期して変化するため、この超音波の周波数変化によって、生体の脈が検出される。
【0006】
ドップラ効果による周波数変化は式1で示される。式1からドップラ効果を有効に取り出す即ち周波数変化分を大きくするために、生体表面及び血流に対し圧電素子110,120は傾けてある。
【0007】
f1=2×v(t)×cosθ×f0/c …(1)
(f0:元の周波数、v(t):血流速、c:生体中の音速、f1:ドップラ変化後の周波数、θ:血流と圧電素子のなす角)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の検出方式では、ドップラ効果を大きくするために圧電素子を傾けているが、超音波の反射を考えると、図12に示すように生体内に送信された超音波は生体の血流によって反射されるが、反射する方向を考えると、図12中の矢印のようにほとんどが受信する圧電素子に向かわない。そのため、ある一定以上の出力を得るためには、入力時に、より大きな電力を必要とする。そこで、本発明では、生体内でフォーカスする超音波を送信し、少ない入力電圧でより多くの出力を得られる脈検出装置及びその製造方法を提供する。また、個人差や測定場所によって、生体表面から血管までの距離は変化するが、変化に対応可能な脈検出装置を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明で提供する脈検出装置について説明する。
【0010】
本発明で提供する脈検出装置の測定部を、血管上に配置する。測定部は、主に送信用圧電基板と受信用圧電基板からなり、送信用圧電基板の表面に同心円状のすだれ状電極を配置する。すだれ状電極には高周波の電気信号を入力することで、送信用圧電基板に漏洩ラム波を励振する。励振されたラム波は、樹脂層を介して、生体内に超音波を放出する。この時、同心円状のすだれ電極により、超音波は生体内でフォーカスされる。生体内に放出された超音波は、生体内の血管に反射し、受信用圧電基板に到達する。この時、生体内の血管は心拍と同期して拍動するので、超音波が送信されてから受信するまでの時間が変化する。この変化を捉えることで、脈検出ができる。血管内の血流にも超音波は反射するので、従来通り、ドップラー効果を利用することも可能である。
【0011】
生体内にフォーカスする場所はすだれ状電極の周期長及び入力信号の周波数によってコントロールすることが可能である。入力周波数を一定とするときに、すだれ状電極の周期長を変化させることで超音波のフォーカス点が変化するので、複数の周期長を同一送信用圧電基板上に形成することで複数のフォーカス点ができるようになる。これにより、個人差や頭部・腕部・足部等の測定場所による生体表面から血管位置までの距離の変化に対応できる。
【0012】
また、超音波を生体内に入射するためには、圧電基板と生体で音響インピーダンスが違いすぎるため、そのままでは超音波が反射してしまうので、圧電基板上に樹脂層を設けることにより、超音波が入射しやすくなるようにする。さらに生体との密着性が高くなる樹脂を形成し、測定部と生体間に超音波が減衰する空気層を極力無くし、効率良く送受信できるようにする。
【0013】
さらに、本発明で提供する脈検出装置は測定部、回路部、表示部及び記録部を体の一部分に装着できるバンドから構成されているので、携帯可能である。
【0014】
以上、本発明においては、送信用圧電基板上の同心円状のすだれ状電極を形成し、反射波の到達時間を測定することによって、脈検出を行う脈検出装置とする。
【0015】
この構成によれば、超音波を血管上にフォーカスして放出でき、従来の方法と比べ、少ない入力電圧でより多くの出力を得られ、さらに、送信用圧電基板上の同心円状のすだれ状電極が複数の周期長を有することで、生体内のフォーカス点も複数になり、生体表面から血管までの距離が変化した場合にも対応できる脈検出装置が提供できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図を用いて、本発明の脈検出装置について詳細に説明する。
【0017】
本発明の脈検出装置の全体及び装着例を図1に示す。図1において、脈検出装置1は表示・記録ユニット3、測定ユニット4及びバンド5から構成される。表示・記録ユニット3と測定ユニット4はバンド5内の銅線(図略)によって接続されている。脈検出装置1は生体2にバンド5によって固定される。
【0018】
図2は装着時の断面図を示す。脈検出装置1は生体内のとう骨動脈、尺骨動脈、頚動脈等の血管21上に測定ユニット4が来るように生体2に装着され、測定ユニット4と表示・記録ユニット3はバンド5及び止め金具6によって固定される。したがって、常時、脈検出装置1を装着でき、連続的に測定できる。図1では生体2に腕を例にしたが、血管21上に測定ユニット4を装着できる場所ならば、バンド5を交換し、調節するだけで、生体2の場所は足、首や上腕など、場所を選ばす装着可能である。
【0019】
表示・記録ユニット3及び測定ユニット4のブロック図を図3に示す。測定ユニット4は測定部40、回路部48から、表示・記録ユニット3は表示部31及び記録部32からなる。測定ユニット4内の回路部48によって測定部40の送信用圧電基板41を駆動する。生体内からの反射を受信する受信用圧電基板42は、超音波を電気信号に変換し、回路部48に伝える。回路部48では、送受信にかかった時間から、生体表面から血管までの距離を求める。また、送受信にかかった時間のずれから、心拍に伴う拍動によって生じる血管の動きを捕らえ、脈拍を求める。これらの情報を表示・記録ユニット3は受信し、それぞれ表示部31では測定結果を表示し、記録部32で記録する。表示部31には記録部32に蓄積されたデータを呼び出すことによって、蓄積データを表示部31に表示可能である。また、回路部48にドップラ効果によって生じる周波数変化を復調する回路構成にすることにより、周波数変化からも血流及び脈を測定することが可能である。
【0020】
測定ユニット4と生体2の関係を図4に示す。超音波の送受信について図5を用い、説明する。血管21上に設置された測定部40の送信用圧電基板41から超音波が生体2内に放出され、血管21で反射した超音波は受信用圧電素子に到達する。
【0021】
送信用圧電基板41の送信用圧電基板第1面41aにはすだれ状電極43が形成され、回路部48から高周波電気信号を入力する。このとき、分極方向は送信用圧電基板第1面41aに垂直な方向である。また、このとき送信用圧電基板の厚さをdとし、ラム波の波長をλとすると、d<λの条件を満たす場合、送信用圧電基板第1面41a及び送信用圧電基板第2面42bが弾性振動をする。送信用圧電基板第2面42bに発生した弾性振動は、生体2内に超音波として送信される。生体2に送信される放射角度φは式2で表される。
【0022】
sinφ=Vs/Vp …(2)
(φ:放射角度、Vp:圧電素子中の音速、Vs:生体内の音速)
送信された超音波は生体2内の動脈血管21に反射し、受信用圧電基板第2面42bに届く。このとき受信用圧電基板の厚さをdとし、ラム波の波長をλとすると、d<λの条件を満たす場合、送信用圧電基板と同様に、受信用圧電基板第2面42bは超音波があたることによって、弾性振動し、受信用圧電基板第1面42aのすだれ状電極43によって、電気信号になる。このとき、圧電基板の分極方向は受信用圧電基板第1面42aに垂直な方向である。電気信号は図3に示す回路部48を経て、上記したように表示・記録ユニット3で表示及び記録がなされる。
【0023】
図6・図7に示す圧電素子上のすだれ状電極のパターンについて説明する。図6は送信用圧電基板41の第1面41a及び受信用圧電基板42の第1面42aに電極周期長を一定にしたパターンである。この時は図4に示すように1ヶ所にフォーカスする超音波を生体内に放出できる。図7は2つの電極周期長を入れたパターンである。図7のようにした場合には、図8に示すように生体内でのフォーカス点は2ヶ所になる。フォーカス位置は同心円状のすだれ状電極の半径rと周期長l及び入力信号の周波数fで設計できる。周期長lと入力信号の周波数fからVp(Vp=l・f)が決まり、式2より放射角度φが求められ、半径rから深さ方向のフォーカス位置が決まるので、フォーカス位置の設計が可能である。図7では周期長が2種類であるが、複数の周期長を存在させることで、複数のフォーカス点ができる。したがって、測定場所や個人差による体表面から血管までの距離に影響されずに、超音波を血管にフォーカスできる。
【0024】
次に測定部40について図9を用いて詳細に説明する。送信用圧電基板41と受信用圧電基板42は接着樹脂45によって接着され、接着樹脂45上に導電性樹脂49が塗布されている。導電性樹脂49は送信用圧電基板41上のすだれ状電極43から受信用圧電基板42上のすだれ状電極43へ空中を伝わっていく信号をカットするために塗布する。また、接着樹脂45は超音波吸収材を接着剤に混入させたものを使用すると、送信用圧電素子41から接着樹脂45を経て受信用圧電素子42への伝搬波がカットでき、回路部48での受信信号処理が簡易になる。また、送信用圧電基板41と受信用圧電基板42は支持部44に接着されている。支持部44には電気的ノイズを除去するために、真鍮やアルミ等の金属がよい。また、金属製にすることで、測定部40の外部からの衝撃に対する強度を増す。
【0025】
送信用圧電基板第1面41a上及び受信用圧電基板第1面42a上のすだれ状電極43の材質には電気抵抗の低い金属、たとえば純アルミを用いる他、耐久性や腐食等を考慮し、クロムと金の2層構造にする。ここで、クロムは金と圧電素子を強固に接着するために用いている。クロムと金の金属化合物により、その後の工程でワイヤーボンド等の作業性が著しく劣る場合には、クロムと金の間にニッケルを挟み、クロム・ニッケル・金の3層としてもよい。
【0026】
送信用圧電基板第2面41b及び受信用圧電基板第2面42bには整合樹脂46及び密着樹脂47を形成する。生体と各圧電基板41,42との間で効率良く超音波を伝搬するためには、整合樹脂46を設け、整合樹脂46の音響インピーダンスを、生体の音響インピーダンスZlと圧電素子の音響インピーダンスZcとの間の値にする必要がある。音響インピーダンスとは、音波の伝搬のしやすさを示す値であり、その値はヤング率や密度によって変化する。そして、図9に示す構成を有する測定部40において、整合樹脂46の理想的な音響インピーダンスZmは、
Zm=(Zc×Zl)1/2 …(3)
によって示すことができる。そして、式(3)に、公知であるZl=1.5M(N・sec/m3 )、Zc(PZTを使用)=30M(N・sec/m3 )を代入すると、Zm=約6.7M(N・sec/m3 )となる。
【0027】
この計算値を基に、本実施例では、整合樹脂46に、音響インピーダンスが約5.6M(N・sec/m3 )であるアクリル系樹脂を使用している。
さらに整合樹脂46上にはシリコン系樹脂からなる密着樹脂47を形成する。これは、測定部と生体の密着性を向上し、より超音波の伝搬を改善するためである。密着樹脂47にシリコン系樹脂を用いた場合、シリコン系樹脂は軟質であるため、生体2との密着性が向上し、生体2と測定部40との間に存在する空気層を低減させることができ、この空気層による超音波の振動の減衰を抑えることができる。また、シリコン系樹脂は、生体との適合性がよく、皮膚に密着させても影響が少ない。これにより、超音波の反射、減衰を防ぐことができる。
【0028】
次に、送信用圧電基板41・受信用圧電基板42の形状及び接着樹脂45について図10を用いて説明する。図10に示す接着樹脂45はすだれ状電極43に対して、斜めになるように送信用圧電素子41受信用圧電素子42を切断して接着している。こうすることで、送信用圧電基板第1面41a上のすだれ電極43aから接着樹脂45を介し受信用圧電基板第1面42a上のすだれ状電極43bへの伝搬波が散乱し、回路部48での受信信号処理が簡易になる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように、本発明の脈検出装置によれば、送信用圧電基板から受信用圧電基板への空中伝搬する信号及び伝搬波を除去し、超音波をフォーカスして効率よく生体内に送信できるため、血管の検出感度を向上させた脈検出装置を提供することができる。
【0030】
また、音響インピーダンス及び生体との密着性を考慮した構造にすることにより、超音波の減衰を抑え、効率よく超音波を伝搬できる。
さらに、送受信基板を支持する金属製支持部を設けることにより、外部からの衝撃に対する強度が向上する。
【0031】
また、脈検出装置を装着するためのベルトを備えることによって、脈検出装置を容易に携帯することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脈検出装置を生体に装着した状態図を示す外観図の1例である。
【図2】本発明による脈検出装置の構成断面を示す図である。
【図3】表示・記録ユニット及び測定ユニットの内部構成と接続状態を示すブロック図である。
【図4】本発明による脈検出装置の構成断面を示す図である。
【図5】送信用圧電基板及び受信用圧電基板の状態を示す図である。
【図6】圧電基板、すだれ状電極及び接着部を示す1例である。
【図7】圧電基板、すだれ状電極及び接着部を示す1例である。
【図8】送信用圧電基板及び受信用圧電基板の状態を示す図である。
【図9】測定部の断面図を示す図である。
【図10】圧電基板、すだれ状電極及び接着部を示す1例である。
【図11】従来例を示す図である。
【図12】従来の構成断面を示す図である。
【符号の説明】
1 脈検出装置
2 生体
21 血管
3 表示・記録ユニット
31 表示部
32 記録部
4 測定ユニット
40 測定部
41 送信用圧電基板
41a 送信用圧電基板第1面
41b 送信用圧電基板第2面
42 受信用圧電基板
42a 受信用圧電基板第1面
42b 受信用圧電基板第2面
43 すだれ状電極
44 支持部
45 接着樹脂
46 整合樹脂
47 密着樹脂
48 回路部
49 導電性樹脂
5 バンド
6 止め金具
100 従来の脈検出装置
110 圧電素子
120 圧電素子
130 樹脂
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse detection device using a piezoelectric element.
[0002]
[Prior art]
Biological veins contain important information for diagnosing diseases. Recently, in medical facilities such as hospitals, a portable pulse detector is attached to the patient's arm and transmitted from the portable pulse detector. A system for receiving the detected pulse detection data of the patient at the hospital side and grasping the state of the patient has been studied. Piezoelectric elements are effective for reducing the size and weight of pulse detectors, and development of pulse detectors using piezoelectric elements is being promoted, considering application to the above-described system.
[0003]
FIG. 11 shows a pulse detecting device 100 using a conventional piezoelectric element. As shown in FIG. 11, the pulse detecting device 100 is obtained by embedding and fixing two piezoelectric elements 110 and 120 in a resin 130 (or gel). Here, metallic electrodes are formed on both surfaces of the piezoelectric elements 110 and 120 in the thickness direction (not shown). In addition, a drive voltage application probe (terminal, lead wire, etc.) is connected to both electrodes of the piezoelectric element 110, and a voltage signal output probe (not shown) is connected to the upper and lower electrodes of the piezoelectric element 120. The
[0004]
The patient's pulse is detected by using the pulse detection device 100 at the time of medical examination. Specifically, when a driving voltage is applied to both electrodes of the piezoelectric element 110, the piezoelectric element 110 is excited to generate ultrasonic waves, and the ultrasonic waves are transmitted into the living body via the resin 130. The ultrasonic wave transmitted into the living body is reflected by the blood flow of the living body, and the reflected ultrasonic wave is received by the piezoelectric element 120 through the resin 130.
[0005]
At this time, a frequency change occurs in the ultrasonic wave transmitted by the piezoelectric element 110 and the ultrasonic wave received by the piezoelectric element 120 due to the Doppler effect of blood flow. Further, since the blood flow velocity changes in synchronization with the pulse, the pulse of the living body is detected by the change in the frequency of the ultrasonic wave.
[0006]
The frequency change due to the Doppler effect is expressed by Equation 1. In order to effectively extract the Doppler effect from Equation 1, that is, increase the frequency change, the piezoelectric elements 110 and 120 are inclined with respect to the living body surface and blood flow.
[0007]
f1 = 2 × v (t) × cos θ × f0 / c (1)
(F0: original frequency, v (t): blood flow velocity, c: speed of sound in the living body, f1: frequency after Doppler change, θ: angle between blood flow and piezoelectric element)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional detection method, the piezoelectric element is tilted in order to increase the Doppler effect. However, considering the reflection of the ultrasonic wave, the ultrasonic wave transmitted into the living body is reflected by the blood flow of the living body as shown in FIG. However, considering the direction of reflection, most of the light does not go to the receiving piezoelectric element as indicated by the arrow in FIG. Therefore, in order to obtain an output exceeding a certain level, a larger amount of power is required at the time of input. Therefore, the present invention provides a pulse detection device that transmits ultrasonic waves that are focused in a living body and can obtain more output with less input voltage, and a method for manufacturing the same. Moreover, although the distance from the biological surface to the blood vessel changes depending on individual differences and measurement locations, a pulse detection device that can cope with the change is provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a pulse detection device provided by the present invention will be described.
[0010]
The measurement unit of the pulse detection device provided by the present invention is arranged on a blood vessel. The measuring unit is mainly composed of a transmitting piezoelectric substrate and a receiving piezoelectric substrate, and concentric interdigital electrodes are arranged on the surface of the transmitting piezoelectric substrate. By inputting a high-frequency electric signal to the interdigital electrode, a leaky Lamb wave is excited in the transmitting piezoelectric substrate. The excited Lamb waves emit ultrasonic waves into the living body through the resin layer. At this time, the ultrasonic wave is focused in the living body by the concentric interdigital transducer. The ultrasonic wave emitted into the living body is reflected by the blood vessel in the living body and reaches the receiving piezoelectric substrate. At this time, since the blood vessels in the living body pulsate in synchronization with the heartbeat, the time from when the ultrasonic wave is transmitted until it is received varies. By detecting this change, the pulse can be detected. Since the ultrasonic wave is reflected also in the blood flow in the blood vessel, the Doppler effect can be used as usual.
[0011]
The place to be focused in the living body can be controlled by the period length of the interdigital electrode and the frequency of the input signal. When the input frequency is constant, the focus point of the ultrasonic wave changes by changing the period length of the interdigital electrode. Therefore, multiple focus points can be formed by forming multiple period lengths on the same transmission piezoelectric substrate. Will be able to. Thereby, it is possible to cope with a change in the distance from the surface of the living body to the blood vessel position due to individual differences and measurement locations such as the head, arms, and feet.
[0012]
In addition, since the acoustic impedance is too different between the piezoelectric substrate and the living body in order to make the ultrasonic wave enter the living body, the ultrasonic wave is reflected as it is, so by providing a resin layer on the piezoelectric substrate, the ultrasonic wave is reflected. To be easily incident. Furthermore, a resin having high adhesion to a living body is formed, and an air layer in which ultrasonic waves are attenuated between the measuring unit and the living body is eliminated as much as possible so that transmission and reception can be performed efficiently.
[0013]
Furthermore, the pulse detection device provided by the present invention is composed of a band on which a measurement unit, a circuit unit, a display unit, and a recording unit can be attached to a part of the body, and is therefore portable.
[0014]
As described above, in the present invention, a pulse detection device that detects a pulse by forming concentric interdigital electrodes on a transmission piezoelectric substrate and measuring the arrival time of a reflected wave is provided.
[0015]
According to this configuration, the ultrasonic wave can be focused and emitted on the blood vessel, and more output can be obtained with a smaller input voltage than in the conventional method. Furthermore, concentric interdigital electrodes on the piezoelectric substrate for transmission By having a plurality of period lengths, there are a plurality of focus points in the living body, and it is possible to provide a pulse detecting device that can cope with a change in the distance from the living body surface to the blood vessel.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The pulse detection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows the entire pulse detection device of the present invention and a mounting example. In FIG. 1, the pulse detection device 1 includes a display / recording unit 3, a measurement unit 4, and a band 5. The display / recording unit 3 and the measurement unit 4 are connected by a copper wire (not shown) in the band 5. The pulse detection device 1 is fixed to the living body 2 by a band 5.
[0018]
FIG. 2 shows a cross-sectional view when mounted. The pulse detecting device 1 is mounted on the living body 2 such that the measuring unit 4 comes on a blood vessel 21 such as a radial artery, ulnar artery, carotid artery, etc. in the living body. Fixed by. Therefore, the pulse detection device 1 can be always mounted and measured continuously. In FIG. 1, an arm is used as an example of the living body 2. If the measurement unit 4 can be mounted on the blood vessel 21, the place of the living body 2 can be changed to a foot, a neck, an upper arm, etc. Can be installed at any location.
[0019]
A block diagram of the display / recording unit 3 and the measuring unit 4 is shown in FIG. The measurement unit 4 includes a measurement unit 40 and a circuit unit 48, and the display / recording unit 3 includes a display unit 31 and a recording unit 32. The transmission piezoelectric substrate 41 of the measurement unit 40 is driven by the circuit unit 48 in the measurement unit 4. The receiving piezoelectric substrate 42 that receives the reflection from the living body converts the ultrasonic wave into an electric signal and transmits it to the circuit unit 48. The circuit unit 48 obtains the distance from the biological surface to the blood vessel from the time taken for transmission / reception. In addition, the movement of the blood vessel caused by the pulsation associated with the heartbeat is captured from the time difference between transmission and reception to obtain the pulse. The display / recording unit 3 receives these pieces of information, displays the measurement results on the display unit 31, and records them on the recording unit 32. The stored data can be displayed on the display unit 31 by calling the data stored in the recording unit 32 on the display unit 31. In addition, when the circuit unit 48 is configured to demodulate the frequency change caused by the Doppler effect, it is possible to measure blood flow and pulse from the frequency change.
[0020]
The relationship between the measurement unit 4 and the living body 2 is shown in FIG. Transmission and reception of ultrasonic waves will be described with reference to FIG. An ultrasonic wave is emitted into the living body 2 from the transmitting piezoelectric substrate 41 of the measuring unit 40 installed on the blood vessel 21, and the ultrasonic wave reflected by the blood vessel 21 reaches the receiving piezoelectric element.
[0021]
An interdigital electrode 43 is formed on the transmission piezoelectric substrate first surface 41 a of the transmission piezoelectric substrate 41, and a high frequency electrical signal is input from the circuit unit 48. At this time, the polarization direction is a direction perpendicular to the transmitting piezoelectric substrate first surface 41a. Further, when the thickness of the transmission piezoelectric substrate is d and the wavelength of the Lamb wave is λ, the transmission piezoelectric substrate first surface 41a and the transmission piezoelectric substrate second surface 42b are satisfied when d <λ is satisfied. Vibrates elastically. The elastic vibration generated on the transmitting piezoelectric substrate second surface 42 b is transmitted as an ultrasonic wave into the living body 2. The radiation angle φ transmitted to the living body 2 is expressed by Equation 2.
[0022]
sinφ = Vs / Vp (2)
(Φ: Radiation angle, Vp: Sound velocity in the piezoelectric element, Vs: Sound velocity in the living body)
The transmitted ultrasonic wave is reflected by the arterial blood vessel 21 in the living body 2 and reaches the receiving piezoelectric substrate second surface 42b. At this time, when the thickness of the receiving piezoelectric substrate is d and the wavelength of the Lamb wave is λ, the second surface 42b of the receiving piezoelectric substrate is an ultrasonic wave as in the case of the transmitting piezoelectric substrate when the condition of d <λ is satisfied. By hitting, it vibrates elastically and becomes an electric signal by the interdigital electrode 43 of the receiving piezoelectric substrate first surface 42a. At this time, the polarization direction of the piezoelectric substrate is a direction perpendicular to the receiving piezoelectric substrate first surface 42a. The electric signal is displayed and recorded by the display / recording unit 3 as described above through the circuit section 48 shown in FIG.
[0023]
The interdigital electrode pattern on the piezoelectric element shown in FIGS. 6 and 7 will be described. FIG. 6 shows a pattern in which the electrode periodic length is constant on the first surface 41 a of the transmitting piezoelectric substrate 41 and the first surface 42 a of the receiving piezoelectric substrate 42. At this time, as shown in FIG. 4, an ultrasonic wave focused on one place can be emitted into the living body. FIG. 7 shows a pattern including two electrode period lengths. In the case shown in FIG. 7, there are two in-vivo focus points as shown in FIG. The focus position can be designed with the radius r and period length l of the concentric interdigital electrodes and the frequency f of the input signal. Vp (Vp = l · f) is determined from the period length l and the frequency f of the input signal, the radiation angle φ is determined from Equation 2, and the focus position in the depth direction is determined from the radius r, so the focus position can be designed. It is. Although there are two types of cycle lengths in FIG. 7, a plurality of focus points can be formed by having a plurality of cycle lengths. Therefore, the ultrasonic wave can be focused on the blood vessel without being affected by the distance from the body surface to the blood vessel due to the measurement location or individual differences.
[0024]
Next, the measurement unit 40 will be described in detail with reference to FIG. The transmitting piezoelectric substrate 41 and the receiving piezoelectric substrate 42 are bonded by an adhesive resin 45, and a conductive resin 49 is applied on the adhesive resin 45. The conductive resin 49 is applied to cut a signal transmitted from the interdigital electrode 43 on the transmitting piezoelectric substrate 41 to the interdigital electrode 43 on the receiving piezoelectric substrate 42 in the air. Further, when the adhesive resin 45 is made by mixing an ultrasonic absorber with an adhesive, the propagation wave from the transmitting piezoelectric element 41 to the receiving piezoelectric element 42 via the adhesive resin 45 can be cut. The received signal processing is simplified. Further, the transmission piezoelectric substrate 41 and the reception piezoelectric substrate 42 are bonded to a support portion 44. The support portion 44 is preferably made of a metal such as brass or aluminum in order to remove electrical noise. Moreover, the intensity | strength with respect to the impact from the outside of the measurement part 40 increases by using metal.
[0025]
For the material of the interdigital electrode 43 on the first piezoelectric substrate surface 41a for transmission and the first piezoelectric substrate surface 42a for reception, a metal having a low electrical resistance, for example, pure aluminum is used. A two-layer structure of chromium and gold. Here, chromium is used to firmly bond gold and the piezoelectric element. When workability such as wire bonding is remarkably inferior in a subsequent process due to a metal compound of chromium and gold, nickel may be sandwiched between chromium and gold to form three layers of chromium, nickel, and gold.
[0026]
A matching resin 46 and a contact resin 47 are formed on the second piezoelectric substrate surface 41b and the second piezoelectric substrate surface 42b for reception. In order to efficiently transmit ultrasonic waves between the living body and each of the piezoelectric substrates 41 and 42, the matching resin 46 is provided, and the acoustic impedance of the matching resin 46 is set to the acoustic impedance Zl of the living body and the acoustic impedance Zc of the piezoelectric element. Must be between values. The acoustic impedance is a value indicating the ease of sound wave propagation, and the value varies depending on the Young's modulus and density. And in the measurement part 40 which has the structure shown in FIG. 9, the ideal acoustic impedance Zm of the matching resin 46 is
Zm = (Zc × Zl) 1/2 (3)
Can be indicated by Substituting Zl = 1.5 M (N · sec / m 3 ) and Zc (using PZT) = 30 M (N · sec / m 3 ) into Equation ( 3 ), Zm = approximately 6. 7M (N · sec / m 3 ).
[0027]
Based on this calculated value, in this embodiment, an acrylic resin having an acoustic impedance of about 5.6 M (N · sec / m 3 ) is used for the matching resin 46.
Further, an adhesion resin 47 made of a silicon resin is formed on the alignment resin 46. This is to improve the adhesion of the measurement unit and the living body and further improve the propagation of ultrasonic waves. When the silicon resin is used for the adhesion resin 47, since the silicon resin is soft, the adhesion with the living body 2 is improved, and the air layer existing between the living body 2 and the measurement unit 40 can be reduced. It is possible to suppress the attenuation of ultrasonic vibration by the air layer. In addition, the silicon-based resin has good compatibility with a living body and has little influence even when it is brought into close contact with the skin. Thereby, reflection and attenuation of ultrasonic waves can be prevented.
[0028]
Next, the shapes of the transmitting piezoelectric substrate 41 and the receiving piezoelectric substrate 42 and the adhesive resin 45 will be described with reference to FIG. The adhesive resin 45 shown in FIG. 10 is bonded to the interdigital electrode 43 by cutting the transmitting piezoelectric element 41 and the receiving piezoelectric element 42 so as to be inclined. By doing so, the propagation wave from the interdigital electrode 43a on the transmitting piezoelectric substrate first surface 41a to the interdigital electrode 43b on the receiving piezoelectric substrate first surface 42a via the adhesive resin 45 is scattered, and the circuit unit 48 The received signal processing is simplified.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the pulse detection device of the present invention, signals and propagation waves that propagate in the air from the transmitting piezoelectric substrate to the receiving piezoelectric substrate can be removed, and ultrasonic waves can be focused and transmitted efficiently into the living body. Therefore, it is possible to provide a pulse detection device with improved blood vessel detection sensitivity.
[0030]
In addition, by adopting a structure that takes into account acoustic impedance and adhesion to a living body, attenuation of ultrasonic waves can be suppressed and ultrasonic waves can be propagated efficiently.
Furthermore, by providing a metal support for supporting the transmission / reception substrate, the strength against external impact is improved.
[0031]
Moreover, the pulse detecting device can be easily carried by providing a belt for mounting the pulse detecting device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an example of an external view showing a state diagram in which a pulse detection device of the present invention is mounted on a living body.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a pulse detection device according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing internal configurations and connection states of a display / recording unit and a measurement unit.
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a pulse detection device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a state of a transmitting piezoelectric substrate and a receiving piezoelectric substrate.
FIG. 6 is an example showing a piezoelectric substrate, an interdigital electrode, and an adhesive portion.
FIG. 7 is an example showing a piezoelectric substrate, an interdigital electrode, and an adhesive portion.
FIG. 8 is a diagram showing a state of a transmitting piezoelectric substrate and a receiving piezoelectric substrate.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a measurement unit.
FIG. 10 is an example showing a piezoelectric substrate, an interdigital electrode, and an adhesive portion.
FIG. 11 is a diagram showing a conventional example.
FIG. 12 is a diagram showing a cross-section of a conventional configuration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse detection apparatus 2 Living body 21 Blood vessel 3 Display / recording unit 31 Display part 32 Recording part 4 Measuring unit 40 Measuring part 41 Transmission piezoelectric substrate 41a Transmission piezoelectric substrate first surface 41b Transmission piezoelectric substrate second surface 42 Reception piezoelectric Substrate 42a Reception piezoelectric substrate first surface 42b Reception piezoelectric substrate second surface 43 Interdigital electrode 44 Support portion 45 Adhesive resin 46 Matching resin 47 Adhesive resin 48 Circuit portion 49 Conductive resin 5 Band 6 Fastener 100 Conventional pulse detection Device 110 Piezoelectric Element 120 Piezoelectric Element 130 Resin

Claims (4)

測定部及び前記測定部を駆動する回路部及び測定結果を表示する表示部及び前記測定結果を記録する記録部から構成される脈検出装置において、
前記測定部が、厚み方向に分極する送信用圧電基板と、厚み方向に分極する受信用圧電基板とからなり、
前記送信用圧電基板及び前記受信用圧電基板の各々が、互いに平行な第1および第2の平面を有し、前記各々の前記第1の平面にラム波励振用のすだれ状電極が少なくとも2種類の周期長で形成され、前記各々のすだれ状電極は円弧状であり、互いに同心を有するように形成され
前記各々のすだれ状電極の間に、少なくとも前記すだれ状電極の形成幅に亘って導電性樹脂を備え
前記導電性樹脂は、前記送信用圧電基板と前記受信用圧電基板とを接着する材料の前記第1の平面側に塗布されることを特徴とする脈検出装置。
In a pulse detection device comprising a measurement unit, a circuit unit that drives the measurement unit, a display unit that displays measurement results, and a recording unit that records the measurement results,
The measurement unit is composed of a transmission piezoelectric substrate polarized in the thickness direction and a reception piezoelectric substrate polarized in the thickness direction,
Each of the transmitting piezoelectric substrate and the receiving piezoelectric substrate has first and second planes parallel to each other, and at least two types of interdigital electrodes for lamb wave excitation are provided on each of the first planes. Each of the interdigital electrodes is arc-shaped and formed to be concentric with each other ,
Between each of the interdigital electrodes, a conductive resin is provided over at least the width of the interdigital electrode ,
The pulse detecting device, wherein the conductive resin is applied to the first plane side of a material for bonding the transmitting piezoelectric substrate and the receiving piezoelectric substrate.
請求項1において、前記送信用圧電基板と前記受信用圧電基板との前記第2の平面を同一面内に配置し、前記第2の平面側を生体に装着することを特徴とする脈検出装置。  2. The pulse detecting device according to claim 1, wherein the second plane of the transmitting piezoelectric substrate and the receiving piezoelectric substrate is arranged in the same plane, and the second plane side is attached to a living body. . 請求項1または請求項のいずれかにおいて、前記送信用圧電基板及び前記受信用圧電基板の前記第2の平面に樹脂層を備えることを特徴とする脈検出装置。In any one of claims 1 or claim 2, pulse detector, characterized in that it comprises a resin layer on the second plane of the transmitting piezoelectric substrate and the piezoelectric substrate said receiving. 請求項1から請求項のいずれかにおいて、前記測定部及び前記回路部及び前記表示部及び前記記録部が、体の一部分に装着できるバンドに取り付けられていることを特徴とする脈検出装置。In any one of claims 1 to 3, wherein the measuring unit and the circuit unit and the display unit and the recording unit, the pulse detection device, characterized in that attached to the band that can be attached to a portion of the body.
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